如何低電耗制備500m2/kg活化礦渣微粉

　　0 前言
　　目前國(guó)內(nèi)外多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的礦渣微粉比表面積都在400m²/kg左右，已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益發(fā)展的建筑市場(chǎng)需求。2008年7月1日?qǐng)?zhí)行的《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉GB/T l8046—2008》新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：S105級(jí)礦渣微粉比表面積指標(biāo)≥500m²/kg。但是，利用開(kāi)路球磨機(jī)制造500m²/kg礦渣微粉，電耗一般都在130kWh/t左右。如何低成本制備比表面積≥500m²/kg活化礦渣微粉是建材領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

　　本文著重介紹在粉磨電耗比較低的前提下，如何選擇礦渣、生產(chǎn)設(shè)備和對(duì)粉磨設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行改造以及通過(guò)應(yīng)用特殊的礦渣助磨活化劑等技術(shù)措施，生產(chǎn)顆粒分布存2～40μm之間的500m²/kg的礦渣微粉，達(dá)到低成本生產(chǎn)Sl05級(jí)礦渣微粉目的。

　　1 礦渣與礦渣質(zhì)量
　　礦渣是煉鐵過(guò)程中排出的工業(yè)廢料，通常經(jīng)水淬處理成為粒狀顆粒，稱(chēng)為?；郀t礦渣。其化學(xué)成分和部分相組成與硅酸鹽水泥熟料的類(lèi)似，經(jīng)水淬處理后的礦渣，玻璃體含量多，能量處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有一定的潛在活性。

　　由于冶煉工藝及其原材料的不同，礦渣的質(zhì)量存在較大的差異。即比表面積相同的礦渣微粉，其活性也相差很大。所以制各活化礦渣微粉應(yīng)盡量選擇堿性礦渣。如遼寧凌鋼、河北邯鋼、貴州水鋼、廣西伢鋼所產(chǎn)礦渣，活性較高；而云南曲靖、四川內(nèi)江產(chǎn)的酸性礦渣則活性較低。貴州水鋼、云南曲靖的礦渣化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 貴州水鋼、云南曲靖的礦潛化學(xué)成分比較

　　用高活性礦渣制備的500m²/kg礦渣微粉可單獨(dú)作為膠凝材料，3d抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到9～17MPa，28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到35～39MPa，用一般水淬礦渣制備的比表面積500m²/kg礦渣微粉摻入25%左右的熟料或水泥，3d抗壓強(qiáng)度也能達(dá)到20MPa，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到45MPa的效果。

　　2 礦渣粉磨設(shè)備
　　2.1立式磨機(jī)
　　采用立式磨機(jī)粉磨礦渣，若比表面積控制在380～420m²/kg時(shí)產(chǎn)量還可以，電耗約40kWg/t左右。若礦渣質(zhì)量非常好時(shí)，也可生產(chǎn)S95級(jí)礦渣微粉，但礦渣微粉比表面積控制在450m²/kg以上時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)量大幅度降低，而電耗則要增加到60kWh/t左右。

　　2.2管磨機(jī)(球磨機(jī))
　　采用閉路粉磨系統(tǒng)，較大的顆粒極易混入成品中，不利于提高礦粉的細(xì)度；現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)再礦渣微粉均采用開(kāi)路球磨機(jī)，利用開(kāi)路球磨機(jī)系統(tǒng)粉磨礦渣，比表面積可達(dá)到500m²/kg以上，粒徑分布在2～40μm之間，顆粒分卻比較合理，顆粒形狀優(yōu)于立式磨機(jī)，潛在活性發(fā)揮良好，對(duì)混凝土強(qiáng)度等性能的發(fā)揮有利，但球磨機(jī)電耗高于立式磨機(jī)。

　　3  礦渣微粉質(zhì)量與電耗
　　礦渣在粉磨過(guò)程中，比表面積增長(zhǎng)十分緩慢，當(dāng)?shù)V渣比表面積大于450m²/kg時(shí)，由于研磨介質(zhì)產(chǎn)生靜電吸附造成顆粒聚集、糊球以及過(guò)粉磨現(xiàn)象，造成礦渣粉摩效率降低，電耗大幅增加。

　　為使礦渣微粉的比表面積達(dá)到450～550m²/kg要求，我們研究在粉磨時(shí)加入礦渣助磨劑激發(fā)礦渣微粉活性，同時(shí)改造磨機(jī)使其消除過(guò)粉磨現(xiàn)象，為方便區(qū)分將這種工藝制備的礦渣微粉稱(chēng)之為活化礦渣微粉。

　　3.1普通礦渣微粉
　　在普通的球磨機(jī)生產(chǎn)。單獨(dú)粉磨礦渣的平均電耗是粉磨水泥的2～3倍。按邦德方法計(jì)算，粉磨功指數(shù)為23kwh/t的礦渣，產(chǎn)品比表面積達(dá)到450m²/kg時(shí)，常規(guī)配球的Φ1.83×7.0m開(kāi)流磨產(chǎn)量?jī)H為1.5t/h，而Φ2.4 x13m開(kāi)流磨產(chǎn)量尚不足7t/h，粉磨電耗達(dá)到95～105kWh/t。粉磨電耗通常的大概計(jì)算方法是磨機(jī)電機(jī)功率/臺(tái)時(shí)，因?yàn)殡姍C(jī)功率的15%系數(shù)與粉磨系統(tǒng)輔助設(shè)備電耗相差無(wú)幾。各規(guī)格開(kāi)路礦粉磨機(jī)產(chǎn)量指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 不同規(guī)格開(kāi)路磨機(jī)純礦渣微粉在電耗95～105kWh/t時(shí)的產(chǎn)量

　　目前多數(shù)企業(yè)為了提高礦渣微粉產(chǎn)量降低電耗，在礦渣粉磨的同時(shí)加入5%～10%的粉煤灰、石灰石達(dá)到助磨作用，比表面積控制在380～420m²/kg時(shí)，粉磨電耗達(dá)到75～85kWh/t，各規(guī)格開(kāi)路礦粉磨機(jī)產(chǎn)量指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 不同規(guī)格開(kāi)路磨機(jī)摻有粉煤灰的礦造微粉在電耗75—85kWh/t時(shí)的產(chǎn)量

　　礦渣微粉比表面積控制在400m²/kg左右，并摻入較多粉煤灰的辦法雖然提高了產(chǎn)量，也降低了電耗，但卻限制，礦渣微粉的摻加量，而且改變了礦渣微粉的性質(zhì)，容易在使用時(shí)引起誤導(dǎo)，如拌制防腐蝕混凝土?xí)r會(huì)產(chǎn)生不良影響。

　　3.2 活化礦渣微粉
　　利用球磨機(jī)生產(chǎn)活化礦渣微粉，需要采取對(duì)球磨機(jī)設(shè)備內(nèi)部的部件進(jìn)行部分改造以及加入具有活化功能的礦渣助磨劑消除靜電現(xiàn)象等一系列技術(shù)措施，比表面積達(dá)到450m2/kg以上，礦渣微粉的活性指數(shù)比較高，用激光粒度分析儀對(duì)活化礦渣微粉顆粒分布進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4?；罨V渣微粉僅以水淬礦渣為原料，不加粉煤灰，活化礦渣微粉比表面積達(dá)到450m²/kg以上時(shí)，不同規(guī)格開(kāi)路磨機(jī)在電耗50～60kWh/t時(shí)活化礦渣微粉的產(chǎn)量見(jiàn)表5。

表4 活化礦渣微粉顆粒分布

表5 不同規(guī)格開(kāi)路磨機(jī)在電耗50—60kWh/t時(shí)活化礦渣微粉的產(chǎn)量

　　一般摻礦渣混合材的水泥常存在早期強(qiáng)度偏低的問(wèn)題，而摻活化礦渣微粉后，恰恰可以彌補(bǔ)水泥3d強(qiáng)度偏低的不足，摻入40%左右的活化礦渣微粉，不降低水泥原來(lái)的早期強(qiáng)度，所以活化礦渣微粉是一種活性較高的膠凝材料混合料。

　　4 活化礦渣微粉的制備工藝
　　4.1礦渣入磨前烘干
　　水淬礦渣呈空心粒狀，出廠的礦渣水分含量一般在25％左右，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程，水分仍然維持在8%～15%左右，采用立式磨機(jī)生產(chǎn)礦渣微粉可直接入磨。但球磨機(jī)生產(chǎn)時(shí)入磨礦渣水分需控制在0.5%～2.5%之間，而且烘干機(jī)最好選擇順流式，因?yàn)榈V渣在高溫狀態(tài)下經(jīng)過(guò)水淬急冷后依然保持一定的活性；逆流烘干形式會(huì)使經(jīng)過(guò)水淬急冷后的礦渣又雨新經(jīng)過(guò)高溫調(diào)整，經(jīng)試驗(yàn)證明，這種烘干工藝對(duì)其活性影響平均可下降12%～15%，影響礦渣微粉的質(zhì)量。

　　4.2礦渣入磨前除鐵
　　礦渣入磨前應(yīng)當(dāng)增加除鐵裝置。礦渣磨損比一般水泥粉磨要嚴(yán)重，而礦渣中夾雜的鐵和氧化鐵的混合物仍然是磨損的主要因素之一，由于細(xì)磨礦渣所需的研磨體平均球徑較小，當(dāng)此類(lèi)含鐵物質(zhì)進(jìn)入磨機(jī)后，通常很難將其磨細(xì)，容易導(dǎo)致一倉(cāng)積料，堵塞內(nèi)篩分式雙層隔倉(cāng)板篦縫，造成過(guò)料通風(fēng)不暢，影響磨機(jī)產(chǎn)量；當(dāng)所含的鐵雜質(zhì)較多時(shí)，會(huì)迅速加劇研磨體、襯板、隔倉(cāng)板、出料篦板的摩損，還影響礦渣微粉的活性。

　　4.3 磨內(nèi)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
　　粉磨礦渣與粉磨水泥、生料在磨內(nèi)結(jié)構(gòu)方面有很大區(qū)別，礦渣粉磨，對(duì)于倉(cāng)位、倉(cāng)長(zhǎng)設(shè)置及隔倉(cāng)板形式也需要根據(jù)礦渣的粒度、易磨性等作適當(dāng)選擇。一般是一倉(cāng)選用溝槽階梯襯板比較好，利于破碎；二倉(cāng)或三倉(cāng)適當(dāng)選用大波紋襯板，隨著磨內(nèi)礦渣細(xì)度的變化，襯板形式也應(yīng)與之作相應(yīng)變化，以滿(mǎn)足研磨體變小而接觸面移積增大的特性，可適當(dāng)選用小波紋襯板和平襯板相結(jié)合。但尾倉(cāng)應(yīng)增加活化襯板，來(lái)調(diào)整物料流速及料層厚度，以利于礦渣微粉比表面積的提高。內(nèi)篩分高細(xì)裝置、出磨篦板是達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵部位，由于要求比較嚴(yán)格，制造精度高，需要專(zhuān)業(yè)制造廠生產(chǎn)。

　　4.4 合理的研磨體級(jí)配
　　合理的研磨體級(jí)配是提高礦渣微粉比表面積、提高磨機(jī)產(chǎn)量重要的技術(shù)措施之一，礦渣硬脆不易磨，但入磨粒度比較穩(wěn)定，一般以中等的鋼球和微型鍘段為主。根據(jù)測(cè)得的礦渣易磨性能指數(shù)確定研磨體球徑大小和填充率，研磨體質(zhì)量要求損耗<100g/t，破損率<1%。

　　4.5應(yīng)用礦渣助磨活化劑
　　一般助磨劑是以分散物料、助磨為主，有的助磨劑也具有一定的激發(fā)強(qiáng)度作用；礦渣助磨活化劑是以激發(fā)礦渣活性為主同時(shí)具有助磨作用的化學(xué)激發(fā)劑，豐要成分有三乙醇胺、二乙醇胺、丙二醇等，不含氯離子等有害成分，對(duì)混凝土不會(huì)產(chǎn)生不良影響。礦渣分別加入BB2型助磨劑0.5%、HQ礦渣助磨活化劑0.1%，粉磨到比表面積507m²/kg時(shí)，活性指數(shù)對(duì)比見(jiàn)表6。

表6 礦渣微粉不摻入助磨劑及摻入不同助磨劑的活性指數(shù)對(duì)比

　　4.6配備除塵設(shè)備
　　活化礦渣微粉粒度比較小，粉磨系統(tǒng)配備袋式收塵設(shè)備效果較好，利于環(huán)保達(dá)標(biāo)。因?yàn)椴捎脧?qiáng)力通風(fēng)方式，有利于改善磨內(nèi)微粉的過(guò)粉磨現(xiàn)象，同時(shí)可適當(dāng)降低磨內(nèi)溫度，保證出磨礦渣微粉的品質(zhì)；磨內(nèi)風(fēng)速過(guò)高或過(guò)低，會(huì)產(chǎn)生磨內(nèi)物料流速偏快或偏慢，影響磨機(jī)產(chǎn)量和礦渣微粉的比表面積，因此選擇除塵設(shè)備要比同規(guī)格水泥磨略小一些。

　　5 結(jié)論
　　通過(guò)對(duì)球磨機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤勰サV渣的同時(shí)加入HQ助磨活化劑，電耗控制在60kWh/t之內(nèi)，可生產(chǎn)比表面積450m²/kg以上的活化礦渣微粉：若電耗控制在70kWh/t之內(nèi)時(shí)，可生產(chǎn)比表面積達(dá)500m²/kg以上的活化礦渣微粉，與普通粉磨工藝相比降低電耗40％以上。做到了利用一般質(zhì)量的礦渣生產(chǎn)出Sl05級(jí)的活化礦渣微粉。